C语言程序的运行速度测试

代码随想录上提到了一点，即我们应该学会估计一个时间复杂度较高的算法，在机器上的运行速度。

  • 如果题目给出的数据量级在高复杂度的算法中会超时，那就应该放弃使用这个代码，而想其他时间复杂度更优的解法；
  • 这样能避免在刷题的时候，图简单写了个暴力写法却发现超时不过的尴尬（没错说的就是我自己）

大部分OJ题目，对C/C++代码的时间限制都是1s。所以我们测试的目标也将放在1s上。

【算法】C程序的运行速度测试_时间戳

1.代码

来源：http://www.360doc.com/content/23/0119/15/2690044_1064211133.shtml

我的Git：Gitee

1.1 循环

首先是func.h，内部包含了三个循环函数，时间复杂度分别为O(N) O(N^2) O(NlogN)

//func.h
#include <stdio.h>
// O(N)
void func1(long long n)
{
    printf("开始执行O(N)的函数：%lld\n",n);
    long long k=0;
    for(long long i=0;i<n;i++)
    {
        k++;
    }
}
// O(N^2)
void func2(long long n)
{
    printf("开始执行O(N^2)的函数：%lld\n",n);
    long long k=0;
    for(long long i=0;i<n;i++)
    {
        for(long long j=0;j<n;j++)
        {
            k++;
        }
    }
}

// O(NlogN)
void func3(long long n)
{
    printf("开始执行O(NlogN)的函数：%lld\n",n);
    long long k=0;
    for(long long i=0;i<n;i++)
    {
        // j要从1开始
        for(long long j=1;j<n;j*=2)
        {
            k++;
        }
    }
}

1.2 获取毫秒级时间戳

随后是主文件，这里我们需要进行时间的测试，所以得想办法获取到毫秒级的时间戳。

time.h中的time函数只能够返回秒级时间戳，对于代码的时间测试来说显然是不够的。我们需要借助Windows和Linux的系统函数，获取到毫秒级时间戳

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
// http://www.360doc.com/content/23/0119/15/2690044_1064211133.shtml
// 宏编译，分别使用windows和linux的系统函数 
#ifdef _WIN32
    #include<time.h>
    #include<windows.h>
#else
    #include <sys/time.h>
    #include <unistd.h>
#endif

// 获取当前毫秒级时间，给一个char指针，则打印到其中（字符串）
// 后三位为毫秒
uint64_t GetCurrentTimerMS(char* szTimer)
{
    uint64_t nTimer = 0;
#ifdef _WIN32
	SYSTEMTIME currentTime;
	GetLocalTime(¤tTime);
	struct tm temptm = { currentTime.wSecond,
		currentTime.wMinute,
		currentTime.wHour,
		currentTime.wDay,
		currentTime.wMonth - 1,
		currentTime.wYear - 1900
	};
	nTimer =  mktime(&temptm) * 1000 + currentTime.wMilliseconds;
#else
	struct timeval tv;
	gettimeofday(&tv,NULL);
	// printf("second:%ld\n",tv.tv_sec);  //秒
	nTimer = tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec/1000;
#endif
    if(szTimer != NULL)
        sprintf(szTimer, "%llu", nTimer);
    return nTimer;
}
// 测试时间函数
int test_def()
{
	char szTimer[64];
	uint64_t nTimer=-1;
	GetCurrentTimerMS(szTimer);	//带参数，字符串
	nTimer = GetCurrentTimerMS(NULL); //不带参数
	printf("millisecond1:%s\nmillisecond2:%llu\n",szTimer,nTimer );  //毫秒
	return 0;
}

1.3 获取时间戳测试

先来执行一下这个测试函数test_def，结果如下

$ gcc test.c -o test
$ ./test
millisecond1:1681878963361
millisecond2:1681878963361

成功打印出了毫秒级的时间戳，分别是字符串类型和uint64_t长整型

#ifdef _WIN32
    #include <time.h>
    #include<windows.h>
#else
    #include <sys/time.h>
    #include <unistd.h>
#endif

这里还采用了宏定义，自动判断windows还是linux，调用各自的系统接口函数。

如下图，在Windows下的Vs2019也成功执行这个函数

【算法】C程序的运行速度测试_算法_02

2.开始测试

这个命令可以查看linux下的cpu型号

$ cat /proc/cpuinfo | grep 'model name' |uniq
model name      : Intel(R) Celeron(R) N5105 @ 2.00GHz

2.1 示例

先测试O(N)算法在何等数量级时会超过1s

$ ./test
请键入n：500000000
start_time: 1681880952986
开始执行O(N)的函数：500000000
end_time:   1681880954073
diff:       1087ms
start_time: 1681880963999
开始执行O(N)的函数：450000000
end_time:   1681880964993
diff:       994ms
请键入n：460000000
start_time: 1681881111806
开始执行O(N)的函数：460000000
end_time:   1681881112804
diff:       998ms
请键入n：470000000
start_time: 1681881117572
开始执行O(N)的函数：470000000
end_time:   1681881118604
diff:       1032ms
请键入n：400000000
start_time: 1681880967163
开始执行O(N)的函数：400000000
end_time:   1681880968043
diff:       880ms
请键入n：550000000
start_time: 1681880970538
开始执行O(N)的函数：550000000
end_time:   1681880971736
diff:       1198ms

如上，是我的linux服务器的测试结果。

数量级大概在460000000的时候，就会达到998ms，也就是将近1s

所以，当我们看到Oj的测试用量超过4500000000数量级的时候，就应该放弃O(N)算法！

而在windows下，我的R7 5800H笔记本，运行到700000000数量级的时候，才需要1s

请键入n：500000000
start_time: 1681881322528
开始执行O(N)的函数：500000000
end_time:   1681881323236
diff:       708ms
请键入n：1000000000
start_time: 1681881327548
开始执行O(N)的函数：1000000000
end_time:   1681881328965
diff:       1417ms
请键入n：600000000
start_time: 1681881332928
开始执行O(N)的函数：600000000
end_time:   1681881333792
diff:       864ms
请键入n：800000000
start_time: 1681881337404
开始执行O(N)的函数：800000000
end_time:   1681881338537
diff:       1133ms
请键入n：700000000
start_time: 1681881341486
开始执行O(N)的函数：700000000
end_time:   1681881342486
diff:       1000ms

2.2 结果

按如上办法测试，我分别测试了三种时间复杂度在多个平台上的结果。稍微了解这些数字，能帮助我们在判断题目选用算法上提供帮助。

表中E8是科学计数法，代表10的8次方

平台/CPU

时间复杂度

数量级

时间(毫秒)

windows (amd R7-5800H)

O(N)

7E9

1000

O(N2)

3E4

1022

O(NlogN)

1.7E7

996

Centos8 (Intel N5105)

O(N)

4.5E8

994

O(N2)

2E4

920

O(NlogN)

1.8E7

966

Centos7.2 (Intel Xeon Platinum 8255C)

O(N)

5.8E8

990

O(N2)

2.4E4

976

O(NlogN)

2.1E7

976

数据测试于23.04.19

本来还想测测牛客和leetcode的，结果发现它们运行O(N^2)量级的函数，都E7了还是几ms就搞定了，感觉测试的结果不准，故放弃😂

【算法】C程序的运行速度测试_时间戳_03